WHPTC在充電機(jī)充電器電路保護(hù)中的應(yīng)用解決方案

一．充電機(jī)及充電器的基本介紹

1、充電機(jī)及充電器的功能和用途：

       充電機(jī)是將高壓交流電或高壓直流電轉(zhuǎn)變低壓直流電對各種化學(xué)電池、蓄電池充電的設(shè)備。完

成的功能就是在不同時間輸出大小不同的直流電流及脈沖電流讓蓄電池將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲存起來。

2、對充電機(jī)和充電器的相關(guān)說明：

       充電機(jī)和充電器在工作原理、功能應(yīng)用上沒有明確的區(qū)別，其結(jié)果就是對蓄電池充電，只是叫法不同，有便攜的或叫移動充電器、有固定的或叫充電機(jī)、充電樁、手機(jī)充電的一般叫充電器。

3、充電機(jī)及充電器的種類：

       充電機(jī)的種類按行業(yè)不同、設(shè)備不同來分，種類非常多，應(yīng)用于電動工具、電動玩具、電動自行車、電動摩托車、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與工礦企業(yè)的各類小型機(jī)動車、電子、通訊、教學(xué)、交通運輸、電力、科研、國防、醫(yī)療衛(wèi)生以及人們?nèi)粘Ｉ钪斜粡V泛應(yīng)的蓄電池的充電。

二．蓄電池（常用的化學(xué)電池）的基本介紹

       蓄電池也稱作二次電源，它是一種把化學(xué)反應(yīng)所釋放出來的能量直接轉(zhuǎn)變成直流電能的裝置。蓄電池按照其電解液的不同，通常分為酸性電池和堿性電池。近幾十年來，由于交通、通訊、計算機(jī)產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，其產(chǎn)品系列、產(chǎn)品種類、產(chǎn)品性能發(fā)生了巨大變化，以此滿足不同用途的需要。目前，蓄電池主要應(yīng)用于各種車輛、船舶、飛機(jī)等內(nèi)燃機(jī)的起動以及照明、蓄能、不間斷電源、移動通訊、便攜式電動工具、電動玩具當(dāng)中。

       常用的化學(xué)電池有：鉛酸蓄電池、鎘鎳蓄電池、鐵鎳蓄電池、金屬氧化物蓄電池、鋅銀蓄電池、鋅鎳蓄電池、氫鎳蓄電池、鋰離子蓄電池、鋅空電池、鋰聚合物電池等。其中，以鉛酸蓄電池為數(shù)量最多。鉛酸蓄電池的價格最低，也最常用，中國是全世界鉛酸蓄電池最大的生產(chǎn)國。其含污染的成分比較少，可回收性好。單格蓄電池電壓是2V，每個蓄電池都是多個單格的組合，電壓也是單格電壓的倍數(shù)，我們常把多個蓄電池串聯(lián)或并聯(lián)在一起使用，統(tǒng)稱蓄電池組。

       常見的蓄電池組按電壓不同分別有：6V、12V、24V、36V、48V、60V、72V等系列。

蓄電池的工作特點是充電電流小、放電電流大（充電電流1-10A，而且6A以的下居多）。這個電流值大多在我司WHPTC電流規(guī)格范圍內(nèi)。

常見蓄電池如下圖：

三．充電機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理：

1、充電機(jī)的結(jié)構(gòu)

    目前不同的廠家有多種形式的充電機(jī)，所以充電機(jī)的種類繁多，電路結(jié)構(gòu)千差萬別，但工作原理卻大同小異，不是用變壓器就是用開關(guān)電源，而目前變壓器式的較少，大多數(shù)廠家的充電機(jī)使用開關(guān)電源電路，常用的開關(guān)電源式充電機(jī)又分半橋式和單激式兩大類，單激類又分為正激式和反激式兩類。半橋式成本高，性能好，常用于帶負(fù)脈沖的充電器；單激式成本低，市場占有率高。其結(jié)構(gòu)如下圖所示：

充電機(jī)結(jié)構(gòu)方框圖

12V 10A原理方框圖 

2、充電機(jī)的工作原理：

    充電機(jī)對蓄電池的充電分為六段式充電和三段式充電兩種。

A、對于六段式充電原理及過程如下：

    六階段充電機(jī)充電過程列舉,以 24V/120Ah 電池為例的充電過程：

a.預(yù)充階段（小電流預(yù)充電）：充電機(jī)設(shè)有延時啟動，延時時間為7秒，啟動后首先進(jìn)入預(yù)充階段，充電機(jī)先設(shè)小電流流為5A，充電6分鐘，目的是激活電池；

b.大電流階段（恒流充電）：預(yù)充結(jié)束后進(jìn)入恒流10A大電流充電階段；

c.恒壓階段（恒壓充電）：當(dāng)充電電壓上升到30.5V時，進(jìn)入恒壓充電階段，充電電流逐步減?。?/span>

d.小電流階段（涓流充電）：當(dāng)充電電流減小到7A時，進(jìn)入小電流階段，恒流5A補(bǔ)充充電，充電電壓小幅上升；

e.脈沖階段（脈沖充電）：當(dāng)充電電壓上升到31時，進(jìn)入脈沖充電階段，如果充電電壓40分鐘未達(dá)到 31V，則自動進(jìn)入脈沖階段，充5秒，停5秒對電池進(jìn)行補(bǔ)充和維護(hù)；

f.浮充階段（浮充充電）：脈沖充電20分鐘后自動進(jìn)入浮充階段，浮充階段充電機(jī)自動關(guān)機(jī)。

B、對于三段式充電原理及過程框圖如下（減少了預(yù)充電、脈沖及浮充充電過程）：

C、充電機(jī)的充電曲線如下：

不論哪種充電機(jī)，都必須要求正確使用和操作：

充電器的正確操作是：充電時，先插電池，后加市電；充足后，先切斷市電，后拔電池插頭。如果在充電時先拔電池插頭，特別是充電電流大時，非常容易損壞充電器。

3、常見充電機(jī)：

四．充電機(jī)電路保護(hù)存在的常見問題：

A、對充電機(jī)電路的要求：

充電機(jī)的好壞與正確使用，對延長蓄電池的使用壽命起作非常關(guān)建的作用，業(yè)界廣為流傳的一句話就是：蓄電池不是用壞的，而是充壞的。 為了滿足電動自行車電池的短時高容量充電，在三段式恒壓限流充電中，不得不通過提高恒壓值到2.47V～2.49V。這樣，大大超過電池正極板析氧電壓和負(fù)極板析氫電壓，一旦高于析氫電壓，電池也會快速的失水。一些充電器制造商的產(chǎn)品為了降低充電時間，提高了恒壓轉(zhuǎn)浮充的電流，而使得充電指示充滿電以后，還沒有充滿電。而用戶使用電池，是無法保證每次使用以后，都能夠及時充電的，電池就會產(chǎn)生比較嚴(yán)重的硫化而提前失效。一些充電器制造商把某些功能夸大，成品的功效沒有其宣傳的那樣好。

好的充電器要求不僅僅輸入電壓范圍要寬、充電電壓電流要與被充電蓄電池相適應(yīng)、還必須具有下列保護(hù)功能： 短路保護(hù)、反接保護(hù)、過流過壓保護(hù)、超溫保護(hù)和開路零輸出電壓保護(hù)、以及自動溫度補(bǔ)償功能。

B、目前充電機(jī)電路以及在使用中存在的常見問題：

好的充電機(jī)有較完善的保護(hù)電路，耐用但成本高。有很多廠家在充電機(jī)的設(shè)計及生產(chǎn)中，因顧及成本，使用簡易電路、有的連基本的控制電路都沒有、或者根本不設(shè)保護(hù)電路。不管怎樣設(shè)計，在使用時，每一次都正確操作與正確使用，還是可以的。但事實上并不是每一個人在每一次使用時都能正確操作。這就使得充電機(jī)成了易損設(shè)備，常見問題表現(xiàn)在以下幾個方面：

①充電器在充電時先拔電池插頭，特別是充電電流大時，非常容易損壞充電器。正確操作要求：充電時，先插電池，后加市電；充足后，先切斷市電，后拔電池插頭。而這種情況是無法避免的，也是最常見的。這種情況僅損壞充電機(jī)，不會損壞蓄電池。

②充電器性能不良，使充電電流過大造成電池高溫膨脹、電池極板變形。不僅僅損壞充電機(jī)，還損壞蓄電池。

③高電壓的充電機(jī)對低電壓蓄電池充電時，電池受高倍率大電流連續(xù)過充。（例：用48V充電機(jī)給36V或24V的電瓶充電）不僅損壞充電機(jī)，還會損壞蓄電池。（單格蓄電池電壓是2V，每個蓄電池都是多個單格的組合，電壓也是單格電壓的倍數(shù)，我們常把多個蓄電池串聯(lián)或并聯(lián)在一起使用，統(tǒng)稱蓄電池組。常見的蓄電池組按電壓不同分別有：6V、12V、24V、36V、48V、72V-----400V等系列）

④蓄電池裝配不良產(chǎn)生大電流損壞充電機(jī)：主要是裝配反極造成充電機(jī)輸出大電流;   A、組裝反極 ；B、封蓋時極性相反 (12V的電池反一格約8V，反二格約4V；封蓋相反變成-12V)。C、焊接不良或短路，不僅會因大電流損壞充電機(jī)，同時蓄電池還會產(chǎn)生爆裂。  

⑤充電反極造成大電流損壞充電機(jī)。充電時正負(fù)極連接錯誤、電壓呈負(fù)值，相當(dāng)于與充電機(jī)的電壓串聯(lián)，回路電流比短路電流大得多。不僅僅損壞充電機(jī)，還同時損壞蓄電池。

 ⑥對于過放電有部分反極的，在充電時會產(chǎn)生大電流損壞充電機(jī)。

  ⑦對于使用變壓器的充電機(jī)，在上述各情況下均會使變壓器燒壞。嚴(yán)重的還會引起火災(zāi)。

 ⑧其他會損壞充電機(jī)的情況還有市電過高、雷電流、受潮漏電、干擾大電流等。

五．WHPTC在充電機(jī)電路保護(hù)中可解決的問題與應(yīng)用方法：

介于上述問題的存在，所以對充電機(jī)的研發(fā)，提出了一系列的要求：輸入電壓范圍寬、充電的輸出電壓電流要與被充電蓄電池相適應(yīng)、同時必須具有下列保護(hù)功能： 短路保護(hù)、反接保護(hù)、過流過壓保護(hù)、超溫保護(hù)和開路零輸出電壓保護(hù)、以及自動溫度補(bǔ)償功能。

要求充電機(jī)具有這些保護(hù)功能，是因為：

過壓------電壓超過規(guī)定值后，會使充電機(jī)的電流過大，從而損壞充電機(jī)。

短路------短路發(fā)生后，會使充電機(jī)的電流過大，從而損壞充電機(jī)。

反極------蓄電池產(chǎn)生反極后，會使充電機(jī)的電流過大，從而損壞充電機(jī)。

反接------蓄電池正負(fù)線接反后，會使充電機(jī)的電流過大，從而損壞充電機(jī)。

超溫------溫度過高的原因是電流過大，發(fā)熱嚴(yán)重，從而損壞充電機(jī)。

過流------有不明原因或操作錯誤使充電機(jī)的電流過大，從而損壞充電機(jī)。

溫度補(bǔ)償------是為了防止電流過大而損壞充電機(jī)的電流限制電路。

由上述的分析可見，要完成保護(hù)功能，最終解決的問題是電流過大的問題，所以實現(xiàn)各種保護(hù)功能的本質(zhì)是解決過流保護(hù)問題。

目前解決過流保護(hù)問題的方法很多，常用的方法有電子電路與可控硅保護(hù)法、繼電器保護(hù)法、WHPTC保護(hù)法等。其中前兩種保護(hù)法所用的元器件數(shù)量較多、電路復(fù)雜、成本高、故障率高。而使用WHPTC保護(hù)法，只需用一個PTC元件即可達(dá)到過流保護(hù)目的，而且其重復(fù)性使用讓充電機(jī)免維護(hù)，所以電路簡單成本很低。這里詳細(xì)討論PTC在充電機(jī)的過流保護(hù)中的具體應(yīng)用方法與可解決的問題。

六．WHPTC在充電機(jī)充電器中應(yīng)用的優(yōu)勢：

A、PTC在充電機(jī)作過流保護(hù)應(yīng)用的可行性與應(yīng)用方法：

常見充電機(jī)的充電電流一般在500mA—10A左右，有少數(shù)的會超過30A。不管那一種充電機(jī)，在耐電流能力上都是較強(qiáng)的，這是充電機(jī)必須具備的基本能力，在2倍電流、3倍電流時，充電機(jī)能持續(xù)工作較長的時間，但會因為長時間過流而嚴(yán)重發(fā)熱，導(dǎo)致充電機(jī)損壞。使用PTC做過流保護(hù)時，能在充電機(jī)過流后很短的時間內(nèi)（幾秒或十幾秒鐘內(nèi)）產(chǎn)生保護(hù)動作，使充電機(jī)得到及時保護(hù)。PTC的保護(hù)動作時間比充電機(jī)過流損壞的時間短，能在充電機(jī)損壞前，提前保護(hù)充電機(jī)。所以PTC自恢復(fù)保險絲在充電機(jī)的過流保護(hù)應(yīng)用上是可行的。（過流保護(hù)是PTC的固有屬性）

在應(yīng)用方法上主要是串聯(lián)到充電機(jī)的電源輸出端，也可同時用于充電機(jī)的電源輸入端。既可單個PTC使用，也可兩個相同PTC并聯(lián)后使用。 

B、PTC在充電機(jī)作過流保護(hù)的應(yīng)用位置如下圖：

C、PTC在充電機(jī)的應(yīng)用中可解決的具體問題：

當(dāng)有過流、過熱時PTC迅速由低阻變?yōu)楦咦?，從而限流保護(hù)。所以可有效解決下列問題：

①、當(dāng)電壓超過規(guī)定值后，會使充電機(jī)的電流過大，PTC會及時保護(hù)，可有效避免充電機(jī)損壞。

②、當(dāng)短路發(fā)生后，會使充電機(jī)的電流過大，PTC會及時保護(hù)，可有效避免充電機(jī)損壞。

③、當(dāng)蓄電池產(chǎn)生反極后，會使充電機(jī)的電流過大，PTC會及時保護(hù)，可有效避免充電機(jī)損壞。

④、當(dāng)蓄電池正負(fù)線接反，會使充電機(jī)的電流過大，PTC會及時保護(hù)，可有效避免充電機(jī)損壞。

⑤、當(dāng)溫度過高的原因是電流過大，發(fā)熱嚴(yán)重，PTC會及時保護(hù)，可有效避免充電機(jī)損壞。

⑥、有不明原因或操作錯誤使充電機(jī)的電流過大，PTC會及時保護(hù)，可有效避免充電機(jī)損壞。

D、PTC在充電機(jī)保護(hù)應(yīng)用中的具體電路：

因為充電機(jī)行業(yè)是一個大家族，同一個廠不同時間生產(chǎn)的充電機(jī)是不同的，不同廠就更不相同了，種類繁多、千差萬別，所以說，談到充電機(jī)，是指充電機(jī)類，不同的充電機(jī)，有不同的電流電壓，所以本資料只是定性的說明PTC在充電機(jī)中的使用方法、使用位置，并用紅色突出顯示PTC在電路圖中的具體位置與連接方法，因同一電路圖在使用不同功率管時的電流會不同，可對應(yīng)不同的蓄電池，所以暫不給出具體的型號。只有充電機(jī)與電路圖一一對應(yīng)時，才能給出PTC具體型號。

WHPTC在充電機(jī)電路中的應(yīng)用

WHPTC在電動車充電器中的應(yīng)用

WHPTC在充電機(jī)中的具體應(yīng)用：

       WH自恢復(fù)保險絲在電動自行車、電動工具、電動玩具等的充電器產(chǎn)品中的應(yīng)用，WHPTC自恢復(fù)保險絲能在電線短路、蓄電池反接后，及時提供有效的保護(hù)，以防止充電機(jī)電路板燒壞、以及防止蓄電池過放電而產(chǎn)生高溫爆炸等情況出現(xiàn)

     WHPTC自恢復(fù)保險絲在電動汽車、電動自行車的充電站、充電樁、停車場及車庫充電樁、充電機(jī)、蓄電瓶檢測設(shè)備的保護(hù)應(yīng)用中可有效防止因電線短路、電池線反接后超大電流對蓄電瓶和充電設(shè)備的損壞、避免電器火災(zāi)。

附件：1、充電機(jī)常識  

①、基本類型

常見的恒流恒壓充電機(jī)分為循環(huán)式、浮充式、和恒流恒壓可調(diào)式三種方式。

1 、智能循環(huán)式充電機(jī)：主要用于固定電壓和容量的電池作動力的所有設(shè)備，如電動叉車、電動汽車、高爾夫球車、電動巡邏車、電瓶拖板車、電動托盤車、堆高電動叉車、電動平臺車、電動高空工作平臺、電動游樂設(shè)備、電動游船、電動洗地機(jī)等。

2 、智能浮充式充電機(jī)：主要用于固定電壓和容量的電池作浮充使用的機(jī)電設(shè)備，如發(fā)電機(jī)、艇船、鐵路系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、直流不間斷電源、UPS 等電池的自動充電。

3 、可調(diào)電壓型充電機(jī)：主要用于多組電池的充電，如電池的初充電、汽修廠、UPS 廠家及電瓶廠極板的充電。

②、充電方式：

充電機(jī)根據(jù)電池充電曲線設(shè)計，自動檢測電池電壓電流，充足保護(hù)，保證電池不過充，不欠充．無需調(diào)節(jié)，全過程智能控制，使用非常方便。

1．恒流充電：

當(dāng)電池電壓較低時，以0.1C-0.14C限流恒流充電，避免電池充電初期過流充電造成過充現(xiàn)象和保證充電機(jī)的安全使用．時間約6一7H，充進(jìn)電量80%。

2．恒壓充電：

當(dāng)電池電壓升高后，自動轉(zhuǎn)為恒壓充電，電流自動減小，避免了充電后期電流過大造成電瓶析氣失水現(xiàn)象，延長電池壽命。充電電流繼續(xù)減小到設(shè)定值時，黃燈亮，電池基本充足可用．時間約2H ，充進(jìn)電量20%。
　　 3．充電結(jié)束： 

保持恒壓充電，充電電流繼續(xù)減小，對電池進(jìn)行維護(hù)式充電．充電電流減小到設(shè)定值或充電時間達(dá)到設(shè)定值時，自動停充，充足紅燈亮，時間約2H ，充進(jìn)電量10% 

4．均衡充電：

均充功能：可以消除電池單體的不均衡現(xiàn)象和寒冷季節(jié)對電池進(jìn)行補(bǔ)充充電，以及對陳舊電池進(jìn)行補(bǔ)允充電，建議每月均充一次或根據(jù)電池使用說明書進(jìn)行定期均充．

使用方法：當(dāng)電池充電結(jié)束后，按一下均充健，小電流恒流均充二小時自動停止充電，可充進(jìn)電量10％。 

恒壓恒流智能充當(dāng)機(jī)屬于精密調(diào)壓的充電機(jī)，它由可控硅精密調(diào)壓，變壓器隔離降壓，整流器橋式整流，輸出全波脈動直流對電瓶進(jìn)行充電。充電電流，充電電壓連續(xù)可調(diào)，能進(jìn)行恒流，恒壓控制，適宜于一切有電瓶需要補(bǔ)充充電的場合。 本機(jī)廣泛應(yīng)用于電動叉車，高爾夫車，游覽車，電動游船，電動洗地機(jī)，礦用電機(jī)車， UPS不間斷電源，電力通訊鐵路系統(tǒng)等電池的循環(huán)充電。保證電池不過充，不欠充。同時也 廣泛應(yīng)用于汽車修配廠，車隊，航空，發(fā)電機(jī)組，程控交換機(jī)等通訊設(shè)備及船用電瓶的充電， 保證電池不過充，不欠充。 還可以作為一般直流電源來用。

智能充電機(jī) 輸入電壓有三種：單相 AC220V，雙火線 AC380V，三相 380V。

直流輸出連接方式：接線鼻，電瓶夾，對接插座。

附件：  2、蓄電池的基本知識：

①、基本定義

●電能可由多種形式的能量變化得來，其中把化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置叫化學(xué)電池，一般簡稱為電池，電池有原電池和蓄電池之分。

●放電后不能用充電的方式使內(nèi)部活性物質(zhì)再生的叫原電池，也稱為一次性電池。

●放電后可以用充電的方式使內(nèi)部活性物質(zhì)再生，把電能儲存為化學(xué)能，需要放電時再次把化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的電池，叫蓄電池，也稱為二次電池。

②、常用技術(shù)術(shù)語

●充電：蓄電池從其他直流電源獲得電能叫做充電。

●放電：蓄電池對外電路輸出電能時叫做放電。

●浮充放電：蓄電池和其他直流電源并聯(lián)，對外電路輸出電能叫做浮充放電。有不間斷供電要求的設(shè)備，起備用電源作用的蓄電池都處于該種放電狀態(tài)。

●電動勢：外電路斷開，即沒有電流通過電池時在正負(fù)極間量得的電位差，叫電池的電動勢。

●端電壓：電路閉合后電池正負(fù)極間的電位差叫做電池的電壓或端電壓。

●安時容量：電池的容量單位為安時，即：電池容量Q（安時）=I放ⅹt放

I放為放電電流（安） t放為放電時間（小時）

●電量效率（安時效率）：輸出電量與輸入電量之間的比叫做電池的電量的效率，也叫安時效率。

電量效率（﹪）=（Q放÷Q充）×100﹪

=(I放×t放)÷（I充×t充）×100﹪

Q放和Q充分別是放電和充電容量（安時）

●自由放電：由于電池的局部作用造成的電池容量的消耗。容量損失與擱置之前的容量之比，叫做蓄電池的自由放電率

自由放電率（﹪）=（Q1-Q2）÷Q1×100﹪

Q1為擱置前放電容量（安時）

Q2為擱置后放電容量（安時）

●使用壽命：蓄電池每充電、放電一次，叫做一次充放電循環(huán)，蓄電池在保持輸出一定容量的情況下所能進(jìn)行的充放電循環(huán)次數(shù)，叫做蓄電池的使用壽命。

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